對於牛頓流體,流體的切變速度D與切應力τ成正比,即τ=ηD,比例係數η即是流體的粘度,它在一定溫度下是個定值,不因τ或D的不同而異。大多數純液體和低分子溶液都是牛頓流體。倘若流體的流動行為與上述關係偏離,則稱為非牛頓流體。

  分類 非時間依賴性流體 此類流體的切變速度與切應力間不再是簡單的正比關系,但二者間的函數關系與流體發生切變的時間長短無關。依照 τ=f(D)函數的不同形式,非時間依賴性流體又可分為三類(圖1):

  ①塑性流體,或稱賓厄姆體,其特點是切應力須超過一臨界值τy後體系才開始流動。一旦塑性體開始流動,其τ-D之間像牛頓流體一樣呈線性關系。因此,塑性流體的流動行為可用公式τ-τyηPLD描述。式中ηPL稱為塑性粘度,τy即開始流動時的臨界切應力,稱為屈伏值。許多濃分散體系,例如牙膏、油漆、鉆井泥漿等都屬於塑性流體。這些體系內的質點之間形成結構,切應力超過一定值後,結構破壞,體系才開始流動。有些體系也有屈伏值,但在切應力超過屈伏值後,τ-D之間不呈線性關系,稱廣義賓厄姆體。

  ②假塑體,無屈伏值,但切應力與切變速度之比τ/D(通稱為表觀粘度ηa)隨切變速度的增加而下降。最常見的假塑體是大分子溶液。隨著切變速度的增加,溶液中不對稱質點沿流線定向的程度提高,表觀粘度也因而下降。此類流體的流動行為常可用指數公式描述:

τ=KDn(0<n<1)

式中 K為常數。

  ③脹流體,無屈伏值,但與假塑體相反,其表觀粘度隨切變速度之增加而升高。此種性質通常見於某些高濃分散體。在靜止時體系中的質點是分散的,流動時質點相碰形成結構,體系的表觀粘度增加。脹流體的流動行為也可用指數公式描述:

 τ=KDn

但此時 n>1。

  時間依賴性流體 某些流體的表觀粘度不僅與切變速度的大小有關,而且與體系遭受切變的時間長短有關,此即時間依賴性流體。此種流體又可分為兩類:①觸變性流體,維持流體以恒定切變速度流動的切應力隨時間減小;②震凝性流體,在一定切變速度下,切應力隨時間增加。

  絕大多數時間依賴性流體是觸變性流體。觸變性流體內的質點間形成結構,流動時結構破壞,停止流動時結構恢復,但結構破壞與恢復都不是立即完成的,需要一定的時間,因此體系的流動性質有明顯的時間依賴性。在用轉筒式粘度計測量觸變性流體的τ-D曲線時,升高切變速度的上行線與降低切變速度的下行線不重合,形成一個滯後圈,這是觸變性流體的顯著特點(圖2)。

  粘彈性流體 某些物質,例如高分子濃溶液或熔體,在顯示粘性流動行為的同時,也具有彈性特征,此即粘彈性流體。當外力作用於粘彈性流體上時,一部分能量消耗於內摩擦,一部分作為彈性貯存。體系的形變既不像彈性體那樣立即完成,也不像粘性體那樣無限發展,而是隨時間逐漸達到某個平衡形變,這個過程叫做蠕變。若使粘彈性流體迅速發生一形變,則為維持此形變所需的應力隨時間逐漸減小,稱為應力松弛。應力減小到初始值的1/e時所需的時間稱為應力松弛時間,它反映粘彈性流體的彈性和粘性的相對大小。